为什么冬青救生员在黑暗中发出火花:摩擦发光

几十年来,人们一直在黑暗中玩摩擦发光游戏,使用冬青口味的救生糖。这个想法是在黑暗中打破坚硬的甜甜圈形状的糖果。通常,一个人在咀嚼糖果时会对着镜子或凝视对方的嘴,以看到由此产生的蓝色火花。...

几十年来,人们一直在黑暗中玩摩擦发光游戏,使用冬青口味的救生糖。这个想法是在黑暗中打破坚硬的甜甜圈形状的糖果。通常,一个人在咀嚼糖果时会对着镜子或凝视对方的嘴,以看到由此产生的蓝色火花。

Close up of mint lifesavers

如何在黑暗中制作糖果火花

  • 冬青硬糖(如Wint-o-Green救生衣)
  • 牙齿、锤子或钳子

你可以用很多硬糖中的任何一种来观察摩擦发光,但是这种效果最好用冬青口味的糖果,因为冬青油荧光增强了光线。选择坚硬的白色糖果,因为大多数透明的硬糖效果不好。

要查看效果,请执行以下操作:

  • 用纸巾擦干嘴,用牙齿咀嚼糖果。用镜子看自己嘴里的光,或者看别人在黑暗中嚼糖果。
  • 把糖果放在坚硬的表面上,用锤子砸碎。你也可以把它压在一块透明的塑料板下。
  • 用钳子把糖果咬碎

您可以使用在微光下工作良好的手机或使用高ISO编号的三脚架上的相机捕捉光线。视频可能比捕捉静止镜头更容易。

摩擦发光的工作原理

摩擦发光是在撞击或摩擦两块特殊材料时产生的光。摩擦基本上是轻的,因为这个词来自希腊部落,意思是“摩擦”,拉丁语前缀lumin,意思是“轻”。一般来说,当能量从热、摩擦、电或其他来源输入原子时,就会发生发光。原子中的电子吸收这种能量。当电子回到它们通常的状态时,能量以光的形式释放出来。

糖(蔗糖)摩擦发光产生的光谱与闪电光谱相同。闪电起源于穿过空气的电子流,激发氮分子(空气的主要成分)的电子,氮分子释放能量时发出蓝光。糖的摩擦发光可以被认为是非常小规模的闪电。当糖晶体受到应力时,晶体中的正电荷和负电荷分离,产生电势。当积累了足够的电荷时,电子会跃过晶体的裂缝,与晶体发生碰撞​激发氮分子中的电子。空气中氮发出的大部分光是紫外线,但一小部分是在可见光区域。对大多数人来说,发射物呈蓝白色,尽管有些人分辨出蓝绿色(人类在黑暗中的颜色视觉不是很好)。

由于冬青味(水杨酸甲酯)是荧光的,所以冬青糖的辐射比蔗糖本身要明亮得多。水杨酸甲酯在与糖产生的闪电发射相同的光谱区域吸收紫外线。水杨酸甲酯电子被激发并发出蓝光。更多的冬绿光发射比原来的糖发射在可见光谱区域,因此冬绿光似乎比蔗糖光更亮。

摩擦发光与压电性有关。压电材料在受到挤压或拉伸时,通过正负电荷的分离产生电压。压电材料通常具有不对称(不规则)形状。蔗糖分子和晶体是不对称的。不对称分子在受到挤压或拉伸时改变其保持电子的能力,从而改变其电荷分布。非对称压电材料比对称材料更容易摩擦发光。然而,大约三分之一的已知摩擦发光材料不是压电材料,一些压电材料不是摩擦发光材料。因此,必须确定摩擦发光的附加特性。杂质、无序和缺陷在摩擦发光材料中也很常见。这些不规则性或局部不对称性也允许电荷聚集。特定材料显示摩擦发光的确切原因可能因不同材料而异,但晶体结构和杂质可能是材料是否具有摩擦发光的主要决定因素。

Wint-O-Green救生衣并不是唯一显示摩擦发光的糖果。普通的方糖会起作用,就像任何用糖(蔗糖)制成的不透明糖果一样。透明糖果或使用人造甜味剂制成的糖果将不起作用。大多数胶带撕开后也会发光。氨锰矿、方解石、长石、萤石、锂云母、云母、绿泥石、石英和闪锌矿都是已知的矿物,在受到撞击、摩擦或刮擦时会表现出摩擦发光。不同矿物样品的摩擦发光差异很大,因此可能无法观察到。闪锌矿和石英标本是半透明的,而不是透明的,整个岩石都有小裂缝,是最可靠的。

观察摩擦发光的方法

国内有几种观察摩擦发光的方法。正如我所提到的,如果你手边有冬青味的救生衣,就到一个非常黑暗的房间里,用钳子或研钵和杵把糖果碾碎。在镜子里看着自己的时候嚼着糖果会起作用,但是唾液中的水分会减轻或消除这种影响。在黑暗中摩擦两块方糖、一块石英或玫瑰石英也能起作用。用钢针刮石英也可以证明这种效果。此外,粘贴/松开大多数胶带会显示摩擦发光。

摩擦发光的应用

在大多数情况下,摩擦发光是一种有趣的效应,但实际应用很少。然而,了解其机制可能有助于解释其他类型的发光,包括细菌中的生物发光和地震光。摩擦发光涂层可用于遥感应用,以显示机械故障。一份参考文献指出,正在进行研究,以应用摩擦发光闪光来感知汽车碰撞和充气气囊。

  • 发表于 2021-09-15 18:52
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  • 分类:化学

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